Analityczny model dynamiczny kombajnu ścianowego z cięgnowym systemem posuwu

Węgiel kamienny, pomimo polityki ekologicznej nadal jest i jeszcze długo będzie cennym i istotnym źródłem energii na świecie. Węgiel kamienny zazwyczaj występuje w postaci pokładów w kopalniach głębinowych. Od wielu lat coraz częściej eksploatowane są pokłady cienkie, stąd kopalnie i producenci maszyn poszukują nowych, efektywnych i bezpiecznych sposobów ich wydobywania. Jednym z takich sposobów jest zastosowanie kompleksu ścianowego z kombajnem jednoorganowym. W artykule przedstawiono krótko takie rozwiązanie i skupiono się na autorskim modelu dynamicznym kombajnu ścianowego z cięgnowym systemem posuwu. Model dotyczy kombajnu jednoorganowego ciągniętego wzdłuż ściany za pomocą łańcucha, jednak może być zastosowany do symulowania strugów węglowych, a również w pewnym zakresie przenośników zgrzebłowych i taśmowych. W literaturze znane są modele, w których łańcuch zastąpiony jest masami skupionymi, w omawianym modelu odcinki łańcucha opisano jako masę ciągłą, której wartość zmienia się w trakcie przejazdu kombajnu wzdłuż ściany. Kombajn zamodelowano jako bryłę sztywną o sześciu stopniach swobody posadowioną na sprężystych płozach. W modelu uwzględniono obciążenie pochodzące od oporów urabiania, ładowania i ruchu. Model matematyczny zapisano w postaci skryptów w programie Matlab. Zestaw skryptów pozwala na uzyskanie informacji o zachowaniu kombajnu i obciążeniu istotnych węzłów konstrukcyjnych takich jak płozy, mocowania łańcucha i ładowarek czy wału napędowego organu urabiającego. Wyniki pozwalają również na określenie zapotrzebowania na moc silników jak również obliczenie wymaganej siły napięcia wstępnego łańcucha. W pełni parametryczny model daje możliwość analizy wpływu zmiany wartości istotnych parametrów wyrobiska ścianowego, jednostek napędowych i kombajnu. Informacje te są kluczowe na etapie konstruowania oraz weryfikowania projektu, co pozwala na uniknięcie wielu błędów w prototypie.

---

Despite the pro-ecological policy, hard coal still is and for a long time will remain a valuable major source of energy in the world. It is usually found in the form of seams in underground mines. For many years, thin coal seams have been exploited on an increasingly large scale, therefore mines and machine manufacturers are looking for new, effective and safe methods of extraction. One of such methods is the use of a longwall system with a single-head shearer. This solution has been briefly described in the article, with special focus placed on the proprietary dynamic model of a longwall shearer with a chain haulage system. The model concerns a chain-hauled single-head shearer, but can be used to simulate coal ploughs, and to a certain extent, scraper and belt conveyors. There are models in the literature in which the chain is replaced by point masses. In the discussed model, the chain segments have been described as a continuously distributed mass, the value of which changes as the shearer travels along the wall. The shearer has been modelled as a rigid body with six degrees of freedom, placed on elastic skids. The load from cutting, loading and movement resistance has been taken into account in the model. The mathematical model has been saved in the form of scripts in Matlab. The set of scripts allows obtaining information about the behaviour of the shearer and the load on important structural nodes such as skids, chain and loaders fasteners or the driving shaft of the cutting head. The results also enable determining the power demand of the motors as well as calculating the required initial tension of the chain. The fully parametric model makes it possible to analyse the influence of a change in the values of significant parameters of the longwall working, drive units and shearer. This information is crucial at the stage of design construction and verification, which allows avoiding many errors in the prototype.